芳綸在鋰電隔膜涂覆中的應(yīng)用

Part.1

隔膜涂覆的介紹

隔膜為鋰電池四大主材之一，可分為干法、濕法、涂覆三類(lèi)隔膜，目前常見(jiàn)的鋰離子電池隔膜通常為聚丙烯、聚乙烯或者是兩者共同的復(fù)合膜。這些材料熔點(diǎn)通常低于170℃，但是當(dāng)電池因內(nèi)部或外部原因造成升溫時(shí)，隔膜會(huì)熔融并收縮正負(fù)極直接觸導(dǎo)致短路，引起電池燃燒、爆炸等意外事故的發(fā)生給使用帶來(lái)安全隱患。而通過(guò)涂覆加工處理，可減少一系列事故的發(fā)生。

隔膜涂覆行業(yè)近年重大的演化趨勢(shì)，是在在聚烯烴隔膜上（包括干法濕法隔膜）以三氧化二鋁和粘結(jié)劑以及去離子水混合攪拌為漿料，采用微凹版擠壓涂布的方式來(lái)在基材隔膜上面做一層或者兩面各一層的陶瓷面，厚度為2－4um。

通過(guò)涂覆加工處理，不僅可提升隔膜的熱穩(wěn)定性、改善其機(jī)械強(qiáng)度，防止隔膜收縮而導(dǎo)致的正負(fù)極大面積接觸，還能提高隔膜的耐刺穿能力，防止電池長(zhǎng)期循環(huán)工況下鋰枝晶刺穿隔膜引發(fā)的短路。同時(shí)，涂覆工藝有利于增強(qiáng)隔膜的保液性和浸潤(rùn)性，從而延長(zhǎng)電池循環(huán)壽命。

涂覆材料可以分為無(wú)機(jī)和有機(jī)兩種，無(wú)機(jī)材料主要有陶瓷（勃姆石、氧化鋁），有機(jī)材料主要有PVDF、芳綸等。無(wú)機(jī)材料的主要優(yōu)勢(shì)在于技術(shù)更為成熟，生產(chǎn)成本更低，性價(jià)比高，經(jīng)濟(jì)性較有機(jī)涂覆有明顯優(yōu)勢(shì)；有機(jī)涂覆大的優(yōu)勢(shì)就是產(chǎn)品性能好，但價(jià)格昂貴。

目前濕法隔膜一般均采用涂覆方案，隨著濕法4μm、4.5μm等更薄濕法隔膜新技術(shù)突破，出于性能提升以及安全性考慮，涂覆應(yīng)用有望增加。干法隔膜為提升機(jī)械強(qiáng)度也逐漸開(kāi)始使用涂覆方案，隨著12μm干法單拉隔膜應(yīng)用增加，10μm干法單拉隔膜應(yīng)用加速，干法涂覆隔膜滲透率不斷提升。下面主要就芳綸作為涂覆材料進(jìn)行介紹。

Part.2

芳綸的優(yōu)勢(shì)

芳綸是一種芳香族聚酰胺，膜結(jié)構(gòu)多孔且內(nèi)部互相連通，涂覆在隔膜可使鋰離子在其中傳輸通暢。隔膜離子電導(dǎo)率高達(dá)1.51mS˙cm-1，使得隔膜在電解液中具有較高的潤(rùn)濕性，使得電池的活化時(shí)間減少，長(zhǎng)循環(huán)的穩(wěn)定性顯著提高。它的膜涂覆后性能非常好，涂層很薄，1mu-2mu，而PVDF混涂在2mu以上（PVDF+陶瓷）。芳綸材料耐熱性極好，作為隔膜涂覆可以大幅降低隔膜高溫時(shí)的熱收縮率，避免電池起火隱患，大幅提升安全等級(jí)；此外，芳綸作為高分子有機(jī)物，與電解液的浸潤(rùn)性極好，且自身抗氧化性強(qiáng)，能夠提升電池的循環(huán)壽命、充電速度，并提高電池的能量密度。芳綸材料自帶粘結(jié)性能，可作為有機(jī)涂覆單獨(dú)使用。

芳綸涂覆使隔膜與電池性能大幅提升。

芳綸涂覆隔膜在熱穩(wěn)定性、浸潤(rùn)性、電池能量密度等關(guān)鍵指標(biāo)中領(lǐng)先。

Part.3

芳綸的種類(lèi)

在芳綸中，間位芳綸和對(duì)位芳綸已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的差異，兩者性能用途不同且對(duì)應(yīng)到不同下游。

對(duì)位芳綸：具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫等優(yōu)異性能，與碳纖維、高強(qiáng)高模聚乙烯并稱(chēng)為世界三大高性能纖維。大多用于防彈衣、防割手套等防止機(jī)械損害的方面。

間位芳綸：具備優(yōu)異的耐高溫、阻燃和絕緣性，主要應(yīng)用于高溫防護(hù)服、濾料、電氣設(shè)備等領(lǐng)域。

Part.4

芳綸的市場(chǎng)

參考高工鋰電EVtank的預(yù)測(cè)，2025年全球鋰電出貨量合計(jì)2102GWh，其中動(dòng)力電池1550GWh，儲(chǔ)能鋰電390GWh，消費(fèi)電池162GWh，按照中材科技的公告，單GWh動(dòng)力電池需要隔膜1500萬(wàn)平米，2025年全球的隔膜需求量達(dá)到315億平米，按照涂覆隔膜滲透率70%極端，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間是221億平米，假設(shè)2025年單面涂覆和雙面涂覆市長(zhǎng)率40%，均價(jià)在4元/平米，保守按芳綸涂覆在涂覆隔膜滲透率5%測(cè)算，對(duì)應(yīng)2025年的芳綸需求4767噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間44億元；按照10%測(cè)算，對(duì)應(yīng)2025年的芳綸需求為9534噸，對(duì)應(yīng)市場(chǎng)空間88億元。

全球鋰電裝機(jī)帶動(dòng)芳綸涂覆需求測(cè)算：

Part.5

主要龍頭

新材于1999、2004年分別啟動(dòng)間位芳綸、對(duì)位芳綸研發(fā)工作，歷經(jīng)多年研發(fā)的產(chǎn)業(yè)化攻關(guān)，終于2004、2011年實(shí)現(xiàn)間位芳綸、對(duì)位芳綸產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。2020年公司收購(gòu)民士達(dá)（芳綸紙企業(yè)），將產(chǎn)業(yè)鏈向下游延伸。

建設(shè)3000萬(wàn)平米/年的中試線項(xiàng)目，計(jì)劃2023年上半年有產(chǎn)品放出。公司在現(xiàn)有產(chǎn)能6000噸對(duì)位芳綸，1.7萬(wàn)噸間位芳綸的基礎(chǔ)上，布局2025年實(shí)現(xiàn)2.15萬(wàn)噸對(duì)位芳綸，間位芳綸2萬(wàn)噸。實(shí)現(xiàn)規(guī)模效應(yīng)，進(jìn)一步降低芳綸做涂覆膜的成本，相應(yīng)下游的需求。

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